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电源方案选择:隔离还是非隔离

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发表于 2018-7-19 23:31:49 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 fannifu 于 2018-7-19 23:34 编辑 ; l2 S( I& h0 H: c; l
电源隔离与非隔离的概念
) _0 R5 G4 }* k
; @. e! w3 |% P- C7 R$ C电源的隔离与非隔离,主要是针对开关电源而言,业内比较通用的看法是:
: x" h( @  z  O$ J5 ^5 n# Y! i6 Y$ i6 Y' B* ?
1、隔离电源:电源的输入回路和输出回路之间没有直接的电气连接,输入和输出之间是绝缘的高阻态,没有电流回路;5 \4 I3 }# h7 \3 t

6 ~) k! |! J- A" F0 y2、非隔离电源:输入和输出之间有直接的电流回路,例如,输入和输出之间是共地的。7 o+ d' J6 |" x2 s. s

0 b+ i3 _$ E2 r0 M8 {9 @, D以BuckBoost及其隔离的版本反激电路为例:. X+ o6 a2 k' M6 i
: M* M' X- I: Q5 i
非隔离电源
) U0 A' |1 O8 v4 a BuckBoost.jpg ; O' `8 l/ ?, u6 v+ P* V4 h. l
5 t! I3 j/ u/ @0 i+ I# F
) c  ~4 J2 ~( p' P- T* a6 T

7 y+ {: b" b) d
' v" ^1 B9 B- m4 M; g) _采用变压器的隔离电源
/ y2 Z5 i) A! [9 L! c  f+ ^( _/ p1 N3 _5 _
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: Z8 G1 ?- ]3 ~* P5 d( m
4 y7 O% W8 j8 O8 E" W/ R" Q6 {隔离电源与非隔离电源的优缺点/ ~* u1 @1 y# z5 a. W6 c

. d3 g2 O# R2 F1 n由上述概念可知,对于常用的电源拓扑而言,非隔离电源主要有:Buck、Boost、Buck-Boost等;而隔离电源主要有各种带隔离变压器的反激、正激、半桥、LLC等拓扑。0 }2 j' j9 k% ^8 y
' {7 d) _; l  f) h7 B
结合常用的隔离与非隔离电源,我们从直观上就可得出它们的一些优缺点,如表 1和表 2所示,两者的优缺点几乎是相反的。
3 ~; {$ ]' l. V" @3 v) _+ ~表1 非隔离电源优缺点9 y; v( J& M: J+ [
优点 缺点
转换效率高 抗干扰能力差
体积小 不好实现输入,输出极性相同的升降压转换
成本低 难以实现多路输出
设计简单 安全性低
电源异常后,对负载的损害大
难实现宽电压输入范围

# ]" h" L4 V/ T% n% s- {# @) z! o( B) ^表2 隔离电源优缺点7 k1 p# _% Z+ E4 l
优点1 T" J. U9 T0 f( Q; P
缺点
扰干扰能力强 转换效率较低
易实现输入、输出极性相同的长降压转换 体积较大
易实现多路输出 成本较高
安全性高 设计复杂度较大
电源异常后,对负载的损害小
易实现宽电压范围输入

# l0 C8 i, D3 b2 t6 ^0 C$ Z
% T1 \$ z" ~8 U3 S  F5 Z对于上述的优缺点,大部分我们都很好理解,由于电源发生异常后,电源隔离与否对负载的危害大小,我们以Buck和它对应的隔离电路即正激电路来简单分析,如下列图示  W, b5 Z7 E! O. w, a4 F  `" }0 N
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9 f' @8 P4 g* l1 H% f4 N: L; i
6 o# |/ E! j% U3 _. K+ e! ~/ |8 k+ S5 Y6 ~
对于Buck电路而言,若开关管击穿短路,由于没隔离,输入端较高的电压,直接通过电感作用在负载端,负载很可能因为过压烧毁。& C7 O5 X) O3 R) a: D! B( ^3 q
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3 s' P, q2 c- v$ _: C+ d0 h; V
3 ^: c' {' P& E  \: Z& d9 |- ]0 V隔离与非隔离电源的应用场合+ d2 ]8 |! T8 b  [) w4 f: t5 C
: n* c) }" c1 n5 D6 U- [
通过了解隔离与非隔离电源的优缺点可知,它们各有优势,对于一些常用的嵌入式供电选择,我们已可做成准确的判断:
8 a8 i* i; L2 M4 w4 J3 G: V; w) O0 S' Y, Z6 d5 W
1、系统前级的电源,为提高抗干扰性能,保证可靠性,一般用隔离电源;2 j# G" h8 C0 K. _( q8 p

6 V9 S4 P! b8 S  c7 f* B9 L2、电路板内的IC或部分电路供电,从性价比和体积出发,优先选用非隔离的方案;# ^9 {+ h, K6 K5 S  F8 n4 b

+ ~( r6 p3 @& t3、对安全有要求的场合,如需接市电的AC-DC,或医疗用的电源,为保证人身的安全,必须用隔离电源,有些场合还必须用加强隔离的电源;! m$ [* m8 a6 ~

* y  J; w: q/ S( R1 B4、对于远程工业通信的供电,为有效降低地电势差和导线耦合干扰的影响,一般用隔离电源为每个通信节点单独供电;
: x8 l' S( R2 h. |) ~- G- r; W3 F2 X$ \. j* D2 I
5、对于采用电池供电,对续航力要求严苛的场合,采用非隔离供电。
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